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Wärmetauscher mit einer Vielzahl von Geradrohrbündeln
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Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für hohe Temperaturen mit
einer Vielzahl von Geradrohrbündeln, wobei jedes Geradrohrbündel auf der Ein- und
auf der Austrittsseite des durch die Rohre strömenden sekundären Mediums eine Lochplatte
aufweist, vorzugsweise für den Einsatz in llochtemperaturreaktoranlagen.
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Bekannt ist die Verwendung von Geradrohr-Wärmetauschern in Leichtwasserreaktoren
zur Dampferzeugung. Hierbei arbeiten die Wärmetauscher bei einem niedrigen Teinperaturniveau
(ca. 3000C), und die Wärmeübertragung erfolgt von dem innerhalb der Rohre strömenden
heißen Medium, also dem Primarmedium oder Kühlmedium des Reaktors, im Längsstrom
auf das außen an den Rohren entlangströmende sekundäre Medium. Die Geradrohre sind
in plattierten Lochplatten eingesetzt, die als Sammler bzw. Verteiler fungieren.
Die Lochplatten sind aus Feinkornbaustahl hergestellt und weise einen großen Außendurchmesser
sowie große Wanddicken auf.
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Bei größeren Einheiten der Geradrohr-Wärmetauschel- wird der Baudurchmesser
nicht nur vom Querschnittsbedarf iii aktive Bereich, sondern auch von dem zusätzlich
benötigten Platz für die Randbereiche der Sammler bzw. Verteiler bestimmt.
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Werden für die genannten Wärmetauscher vollberohrte Bündel zugrunde
gelegt (d.h. die Bündel sind im Grundriß voll mit Rohren besetzt), so werden entweder
kompakte Sammler oder Lochplatten verwendet, oder die Bündel müssen in Teilbereiche
mit Einzelsammlern für jeden Bereich aufgeteilt werden.
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Im ersten Fall sind große Wanddicken erforderlich, die bei höheren
Temperaturen, also beispielsweise beim Einsatz der Wärmetauscher in Hochtemperaturreaktoranlagen,
zu Werkstoffproblemen und Wärmespannungsproblemen führen. Infolge der größeren Temperainrtransienten
können Feinkornstähle nicht mehr eingesetzt werden. Für hochwarmfeste Werkstoffe
dagegen ist die Schmiedbarkeit nicht mehr gewährleistet.
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Bei Aufteilung der Bündel in Teilbereiche mit Einzelsammlern ergeben
sich bei den Lochplatten größere Randzonen,
die zwangsläufig separate
Leitmäntel für die erfaßten Teilbereiche erfordern. Die Abdichtung der Spalte zwischen
den Leitmänteln der einzelnen Teilbereiche stellt ein großes Problem dar. Ein derartiger
Wärmetauscher ist beispielsweise in der Offenlegungsschrift 2 120 544 beschrieben.
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Die Einzelelemente, die einen runden oder polygonalen Querschnitt
besitzen, sind von einem beidseitig offenen inneren Leitmantel umgeben. Alle Leitmäntel
sind strömungsdicht in eine senkrecht zu ihnen verlaufende Platte eingesetzt, die
ihrerseits ebenfalls strömungsdicht mit dem Gehäuse des Wärmetauschers verbunden
ist. Interne Bypaßströmungen werden hier zwar vermieden, aber die ungehinderte Ausdeirnung
der einzelnen Bereiche ist nicht gewährleistet.
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Die Aufteilung der Rohrbündel in Einzelelemente mit separaten Leitmänteln
bedeutet zudem wegen der verlorenen Zwischenräume eine Vergrößerung des Wärmetauscher-Querschnitts.
Weitere Wärmetauscher mit einer großen Anzahl von Einzelelementen, die mit ihrem
inneren Leitmantel und den Rohrböden oder Lochplatten sogenannte Boxen bilden, sind
aus den Offenlegungsschriften 24 24 355, 24 30 161 und 25 17 693 bekannt.
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Von diesem Stand der Technik ausgehend, ist es Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, einen Wärmetauscher der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, der für
den Einsatz bei hohen, Temperaturen geeignet ist und eine kompakte Bauform aufweist.
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Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß bei jedem
Geradrohrbündel sowohl auf der Eintritts- als auch auf der Austrittsseite des sekundären
Mediums eine Anzahl von Zwischensammlern vorgesehen ist, die jeweils
mehrere
Einzelrohre des Bündels zusammenfassen, wobei die Achsen der gesammelten Einzelrohre
jedes Zwischensammlers parallel zu der Achse eines weiterführenden Rohres angeordnet
sind, das den jeweiligen Zwischensammler mit einer der beiden Lochplatten des Geradrohrbündels
verbindet, daß die Zwischensammler aus zwei schalenförmig ausgebildeten Teilen zusammengesetzt
sind, wobei die beiden Teile an ihrer Anschlußstelle vorzugsweise einen kreisförmigen
Querschnitt besitzen, und daß die Zwischensammler in mindestens zwei verschiedenen,
senkrecht zur Achse des Wärmetauschers liegenden Ebenen derart angeordnet sind,
daß benachbarte Zwischensammler gegeneinander versetzt sind.
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Der erfindungsgemäße Wärmetauscher kann z.B. als Dainpferzeuger oder
Zwischenüberhitzer in den Primärkreisiäufen von Hochtemperaturreaktoren verwendet
werden. Sind die Rohre eines Rohrbündels im Grundriß beispielsweise iii Dreiecksteilung
angeordnet, so sind in einem Zwischensammler sieben Dampferzeugerrohre zusammengefaßt.
Die große Zahl der Einzelrohre im Bündel (bei einem Geradrolir-Dampferzeuger in
einer Hochtemperaturreaktoranlage sind es ca.
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28 000 Rohre) wird hier also um den Faktor 7 reduziert, und es ist
nicht mehr notwendig, die kompakten Rohrbündel in Einzelelemente aufzuspalten. Durch
die niedrige H20-Geschwindigkeit im Bündel ist es hier sogar möglich, die gleiche
Abmessung des Bündels bis zur Anschlußstelle an der Lochplatte beizubehalten, wodurch
relativ kleine Lochplatten ausreichen.
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Der maximale Außendurchmesser eines Zwischensammlers ergibt sich für
ein Bündel mit Dreiecksteilung aus der Beziehung D#2 .#3 .t-da # 3,46t-da.
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Hierin bedeuten: D = Außendurchmesser des Zwischensammlers, t = Rohrleitungsabstand,
d = Außendurchmesser des Einzelrohres.
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a Das kleinstmögliche Teilungsverhältnis ergibt sich aus der Beziehung
3,46t-d > Yt t + d a Die enge Anordnung der Zwischensammler läßt sich durch die
Versetzung der benachbarten Zwischensammler in mindestens drei verschiedenen Ebenen
erreichen. Auf diese Weise kann eine ununterbrochene Dreiecksteilung in Bündel beibelialten
werden.
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Der Einsatz des erfindungsgemäßen Wärmetauschers in den Primärkreisläufen
von Hochtemperaturreaktoren ist überall dort möglich, wo die Volumenströme der innen
und außen strömenden Medium starke Unterschiede aufweisen. Dies ist der Fall bei
Dampferzeugern und Zwischenüberhitzern, bei Vor- und Zwischenkühlern in mit Heliumturbinen
gekoppelten Hochtemperaturreaktoren sowie bei den Kühlern von Nachwärmeabfuhrsystemen.
In diesen Wärmetauschern werden die zulässigen Strömungsgeschwindigkeiten des in
den Rohren strömenden Mediums im Bündelbereich nicht ausgeschöpft, wodurch eine
Querschnittsreduzierung durch Zwischensammler auf der Ein-und der Austrittsseite
des sekundären Mediums möglich ist.
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Die Abmessungen der Lochplatten an den beiden Bündel enden können
somit wesentlich kleiner gehalten werden als bei direkt an die Heizfläche anschließenden
Lochplatten. Dies hat zusätzlich den Vorteil, daß kleinere Lochplatten eine geringere
Empfindlichkeit gegenüber Temperaturtransienten aufweisen, wie sie beispielsweise
beim An- und Abfahren der Reaktoranlagen auftreten.
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Neben der kompakten Bauform der in Zwischensammlern zusammengefaßten
Geradrohrbündel
wirkt sich noch vorteilhaft aus, daß die Bündel in kürzeren Zeiten gefertigt werden
können als Bündel, die nur eine Lochplatte auf jeder Seite besitzen.
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Außerdem ist kein Biegen der Rohre vor dem Eintritt in den Sammler
erforderlich.
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Die Wärmetauscher-Bündel können noch kompakter ausgebildet werden,
wenn die gegeneinander versetzt angeordneten Zwischensammler sich im Grundriß überdecken.
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Vorzugsweise sind die Einzelrohre an dein ihnen ziigewandten Teil
der Zwischensammler angeschweißt bzw. in diesen eingeschweißt, und die weiterführenden
Rohre sind mit dem anderen Teil der Zwischensammler ebenfalls durch Schweißnallt
verbunden. Der Durchmesser der weiterführenden Rohre ist so bemessen, daß alle Schweißnähte
gut von innen besichtigt werden können. Nach einem in den letzten Jahren erfolgreich
angewandten Schweißverfahren können die Einzelrohre von innen an den betreffenden
Zwischensammler-Teil angeschweißt werden, wobei sie nicht direkt, sondern über kurze
Stutzen mit der Schale verbunden sind. Das Anschweißen der Einzelrohre von außen
ist natürlich ebenfalls möglich.
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Vorteilhaft ist es, die beiden Schalenteile der Zwischensammler als
Preßteile oder Gesenkschmiedestücke herzustellen, da sich auf diese Weise die Fertigung
sehr wirtschaftlich durchführen läßt. Besonders bei Geradrohrbündeln für hohe Drücke
und hohe Temperaturen mit extrem kleiner Rohrteilung wirkt sich eine solche Herstellungsweise
giinstig aus.
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Ein positiver Effekt tritt auch bereits dann ein, wenn nur die den
Einzelrohren zugekehrten Schalenteile als Gesenkschmiedestücke vorgefertigt oder
aus einem vollen Stück spangebend bearbeitet sind.
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Die Fertigung der Zwischensammler wird in folgenden Schritten vorgenommen:
1. Vorfertigen der den Einzelrohren zugewandten Schalenteile (und der anderen Schalenteile)
als Preßteil, 2. Anschweißen der Einzelrohre nach Fertigstellung von Einzelpaketen
oder des Gesamtbündels (nach Aufsetzen der Rohrhalterungen usw.), 3. Prüfen der
Schweißnähte, 4. Anschweißen der den Einzelrohren zugewandten Schalenteile an die
anderen Schalenteile, 5. Prüfen der Schweißnähte.
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Für die Zwischensammler sind mehrere Bauformen möglich. So können
die beiden Teile der Zwischensaminler als Halbkugelschalen ausgebildet sein, wobei
die beiden Halbkugeln den gleichen Radius aufweisen, oder die genannten Teile werden
als kugelige Schalen mit verschiedenen Radien hergestellt, und zwischen den beiden
Schalen ist eineTorusschale vorgesehen.
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Die den Einzelrohren zugewandten Schalenteile haben vorzugsweise eine
quadratische oder vieleckige Querschnittsform, die bis zum Anschluß an die zugehörigen
anderen Schalenteile in Kreisform übergeht. Quadratische Querschnittsformen werden
für die erstgenannten Schalenteile zweckmäßigerweise dann gewählt, wenn die Bündel
eine quadratische Rohrteilung aufweisen. Analog der Dreiecksteilung, bei der sieben
Rohre eines Bündels zu einem Zwischensammler zusammengefaßt sind, treten hier jeweils
vier Rohre in einen Zwischensammler ein.
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Der maximale Außendurchmesser des Zwischensammlers ergibt sich in
diesem Fall zu D z 2 w t t - da 3,16t - da und für das kleinstmögliche Teilungsverhältnis
besteht die Beziehung 3016t - da # #2.t + da.
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Auch hier wird durch Anordnung benachbarter Zwischensaminler in verschiedenen
Ebenen eine ununterbrochene Quadrat teilung im Bündel erreicht.
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Es sind auch noch andere Rohrteilungen im Bündel möglich; beispielsweise
können die Rohre auf konzentrischen Teilkreisen um die Wärmetauscherachse und auf
Radialstralilen angeordnet sein, so daß sich eine trapezförmige Rohrteilung ergibt.
Auch hier werden jeweils vier Einzelrohre in einem Zwischensammler zusammengefaßt.
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Die den Einzelrohren abgewandten Schalenteile weisen in der Regel
eine kugelige Form, vorzugsweise halbkugelige Form, auf.
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Bei manchen Anwendungsbeispielen des erfindungsgen1.ißell Wärmetauschers
kann es aber auch zweckmäßig sein, diese Schalen teile als Kegelschalen auszubilden,
an die sich jeweils das weiterführende Rohr anschließt.
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Um den Durchmesser der Zwischensammler zu reduzieren und damit einen
noch kompakteren Aufbau der Geradrohrbündel zu erreichen, können die Zwischensammler
im Bereich der riiigförmigen Anschlußstelle ihrer beiden Schalenteile spangebend
bearbeitet sein. Durch diese Maßnahme kann auch eine gewisse Verschiebbarkeit der
Zwischensammler erzielt werden, wenn der Abstand der Zwischensammler unverändert
bleibt.
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Wenn die vorhandene Bauhöhe groß genug ist und die Strömungsgeschwindigkeit
des sekundären Mediums es zuläßt, können auf der Ein- und Austrittsseite des sekundären
Mediums bei jedem Geradrohrbündel mehrere Stufen von Zwischensammlern vorgesehen
sein. Ist z.B. in der ersten Stufe eine Reduktion der Rohrzahl um den Faktor 7 erfolgt,
so kann in einer weiteren Stufe nochmals eine Herabsetzung der Rohrzahl um den gleichen
Faktor vorgenommen werden und so fort.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterentwicklung der Erfindung können bei
einem Wärmetauscher, bei dem die Zuführung und Abführung des sekundären Mediums
auf der gleichen Stirnseite des Wärmetauschers erfolgt, auf der dieser Stirnseite
abgewandten Seite des Wärmetauschers Umkehrsammler
angeordnet sein,
die aus zwei trogähnlichen Schalen zusammengesetzt sind und deren Querschnitt den
Querschnitt zweier benachbarter Zwischensaminler überdeckt. In jeden dieser Umkehrsammler
münden die aus den beiden überdeckten Zwischensammlern austretenden Einzelrohre
ein, wobei die von dem einen Zwischensammler ausgehenden Einzelrolire in entgegengesetzter
Richtung von dem sekundären Medium durchströmt werden wie die zu dem anderen Zwischensammler
führenden Einzelrohre. Die Umkehrsammler treten somit an die Stelle von U-förmig
gebogenen Rohren, die iiblicherweise bei solchen Wärmetauschern verwendet werden
ulld die infolge hoher Wärmedehnungsdifferenzen oft mit großen Bögen versehen sein
müssen. Die bei derartig gebogenen Verbindungsrohren auftretenden Spannungsprobleme
sowie del größere Platzbedarf werden durch die Umkehrsamiiilec vermieden.
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Die einem Umkehrsammler zugeordneten Zwischensammler sind hinsichtlich
des in den Rohren strömenden Mediums hijtereinandergeschaltet. Da das äußere Medium
nur in einer Richtung strömt, handelt es sich hier also in Bezug auf die Wärmeübertragung
um einen Wärmeaustauscher, bei dem - im Grundriß gesehen- Gleichstrom- und Gegenstromelemente
gleichmäßig "gemischt" sind.
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Diese Sammler eignen sich nur für quadratische Rohrteilung, falls
keine Gassen zwischen den einzelnen Elementen vorhanden sein dürfen. Wird eine andere
Rohrteilung gewählt, d.h.
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sind solche Gassen zugelassen, so muß jedes Element mit einem separaten
Leitmantel umgeben sein. Anwendungsmöglichkeiten für die Umkehrsammler gemäß der
Erfindung ergeben sich für die Zwischenüberhitzer von in Hochtemperaturreaktoranlagen
befindlichen Dampferzeugern sowie für die Hilfswärmetauscher
von
in einer gleichen Anlage angeordneten Nachwärmeabfuhrsys temen.
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Vorteilhafterweise sind an den Umkehrsammlern an der den Einzelrohren
abgewandten Seite Stutzen angebracht, die mit einer Tragkonstruktion für die Geradrohrbündel
in Verbindung stehen. Die Umkehrsammler werden somit als Aufllinge- oder Auflagerfestpunkt
benutzt, wobei das Gleichstrom- und das Gegenstromelement jedes Umkehrsammlers (d.h.
die in Richtung bzw. Gegenrichtung zum äußeren Medium durchströmten Einzelrohre
mit dem anschließenden Zwi s chensainmier) unabhängig voneinander in Achsenrichtung
dehnen können. Eine Auflagerung oder Aufhängung der Geradrohrbündel sowohl an dei
Eintrittsals auch an dem Austrittsstrang des sekundären Mediums ist nur bei sehr
geringen Temperaturdifferenzen der beiden im Wärmeaustausch befindlichen Medien
denkbar. Eine Auf Lagerung oder Aufhängung nur an dem Eintritts- oder dem Austrittsstrang
dürfte wegen der Außermittigkeit des betreffenden Stranges nur in wenigen Einzelfällen
möglich sein.
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Die Umkehrsammler können - wie die Zwischensammler - in drei verschiedenen,
senkrecht zur Achse des Wärmetauschers liegenden Ebenen derart angeordnet sein,
daß benachbarte Umkelirsammler gegeneinander versetzt sind und sich im Grundriß
überdecken. Dies erlaubt einen kompakten Aufbau des Geradrohrbündels, wobei die
Umkehrsammler so nahe aneinander gerückt werden können, daß ein Geradrohrbündel
ohne Gassen entsteht.
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Die Umkehrsammler lassen sich auf diese Weise zu einer kompakten Struktur
mit beliebiger Grundrißform, vorzugsweise jedoch zu einer Struktur mit kreisförmigem
oder kreisringförmigem Querschnitt zusammensetzen.
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In der Zeichnung sind mehrere Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen
Wärmetauschers sowie der Zwischensammler schematisch dargestellt, bei denen es sich
um zu dem Primärkreislauf einer Hochtemperaturreaktoranlage gehörende Komponenten
handelt. Die Figuren zeigen im einzelnen: Fig. 1 einen Geradrohr-Dampferzeuger für
einen heliumgekühlten Hochtemperaturreaktor mit zwei Wärmenutzungskreisläufen im
Längsschnitt, Fig. 2 die Anordnung der Zwischensanimler dieses Dampferzeugers im
Längsschnitt nach der Linie A-A der Fig. 3, Fig. 3 einen Querschnitt nach der Linie
B-B der Fig, 2, Fig. 4 eine andere Ausführungsform der Zwischensalnmler des Dampferzeugers
der Fig. 1, Fig. 5 eine weitere Ausführungsform der Zwischensammler des Dampferzeugers
der Fig. 1, Fig. 6 eine dritte Ausführungsform der Zwischensammler sowie der Rohrteilung
des Dampferzeugers der Fig. 1, Fig. 7 eine weitere Variante eines Zwischensammlers
des Dampferzeugers nach Fig. 1 im Längsschnitt nach der Linie C-C der Fig. 8 Fig.
8 einen Querschnitt nach der Linie D-D der Fig. 7,
Fig. 9 einen
Teil der Heizfläche eines Zwischenüberhitzers in Geradrohrausführung mit Umkehrsammlern,
Fig. 10 einen Schnitt durch einen Umkehrsammler nach Linie E-E der Fig. 9, Fig.
11 die Ansicht F des in der Fig. 9 gezeigten Zwischenüberhitzer-Ausschnittes, Fig.
12 zwei Querschnitte durch die Fig. 9, die die Anordnung der Zwischensammler und
der Umkehrsammler auf den verschiedenen horizontalen Ebenen zeigen.
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Die Fig. 1 läßt einen Dampferzeuger in Geradrohrausführung und in
stehender Anordnung erkennen, der zum Primärkreislauf eines heliumgekühlten Hochtemperaturreaktors
gehört. Er besteht im wesentlichen aus einem Stahlbehälter 1, einem äußeren Leitmantel
2, der Heizfläche mit einer Anzahl von Geradrohrbündeln 3, einem Tragrost 4 und
einem Auflagerflansch 5. Oberhalb der Heizfläche ist ein Zwischenboden 6 instalLiert,
der mit dem äußeren Leitmantel 2 verbunden ist.
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Ein Zentralrohr 7 führt vom Boden des Dampferzeugers durch die gesamte
Heizfläche hindurch. Durch dieses Zentralrohr tritt das primäre Medium, also Helium,
in den Dampferzeuger ein und wird nach oben geführt, bis es an dem Zwischenboden
6 umgelenkt wird. Darauf strömt es an den Einzelrohren 8 der Geradrohrbündel 3 entlang
nach unten, wobei es seine Wärme an das in den Einzelrohren 8 nach oben strömende
Wasser als Sekundärmedium abgibt. In einem Ringspalt 9 zwischen dem äußeren Leitmantel
2 und dem Stahlbehälter 1 wird das
Helium wieder nach oben geleitet
und tritt durch Öffnungen 10 aus dem Dampferzeuger aus.
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In dem kalottenförmigen Abschlußteil am Boden des Stahlbehälters 1
sind mehrere Stutzen 1 1 eingesetzt, an die sich (nicht gezeigte) Rohrleitungen
für die Zuführung des Speisewassers anschließen. Unmittelbar oberhalb der Stutzen
1 1 befinden sich jeweils einem Geradrohrbündel 3 zugeordnete Lochplatten 12, die
das Speisewasser auf eine Anzahl von Rohren 13 verteilen, von denen jedes mit einem
Zwiscltenverteiler 14 in Verbindung steht. Die Zwischenverteiler 14 sind analog
den in der Fig. 2 näher erliluterten Zwischensammlern 15 ausgebildet, die unterhalb
des Zwischenbodens 6 angeordnet sind. Aus den Zwischenverteilern 14 tritt das Wasser
in die Einzelrohre 8 ein und strömt in diesen nach oben bis in die Zwischensammler
15. Durch von den Zwischensammlern 15 nach oben führende Rohre 16 gelangt das Wasser
bzw. der in den Geradrohrbündeln 3 erzeugte Dampf zu Lochplatten 17, wobei jede
dieser Lochplatten einet Geradrohrbündel zugeordnet ist. In dem oberen Abschlußteil
des Stahlbehälters 1 sind weitere Stutzen 18 an dem Behälter 1 angesetzt, die sich
jeweils über den Lochplatten 17 befinden und an die sich den Dampf abführende Leitungen
anschließen (nicht dargestellt).
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Das Helium tritt mit ca. 670°C oben in die Dampferzeuger-Heizfläche
ein, deren oberer Teil als Überhitzer arbeitet.
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Der in dem mittleren Teil erzeugte Dampf verläßt den Dampferzeuger
mit ca. 5200C. Der untere Teil der Dampferzeuger-Heizfläche dient als Vorwärmer,
in den das Wasser mit ca.
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1900C eintritt, während das Helium sich in dem Vorwärmer bis auf ca.
3100C abkühlt.
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In der Fig. 2 sind Ausbildung und Anordnung der Zwischen sammler 15
dargestellt, die analog auch für die Zwischenverteiler 14 gelten. Jeder Zwischensammler
15 besteht aus zwei zusammengeschweiten halbkugeligen Schalen 19 und 20 gleichen
Durchmessers, die als Preßteile oder Gesenkschmiedestücke hergestellt sind. In die
untere Schale 19 treten jeweils sieben Einzelrohre 8 eines Geradrohrbündels 3 ein,
die mit der Schale 19 bzw. mit an dieser Schale angesetzten Stutzen 21 verschweißt
sind. An die obere Schale 20 jedes Zwischensammlers 15 schließt sich eines der nach
oben weiterführenden Rohre 16 an, wobei die Rohre 16 an in den Schalen 20 befindliche
Stutzen 22 angeschweißt sind. Die Achsen der Rohre 16, deren oberes Ende mit einer
de Lochplatten 17 verbunden ist, liegen parallel zu den Achsen der Einzelrohre 8.
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Die Zwischensaminler 15 sind in drei versciiedeiien jiorizontalen
Ebenen I, II, III angeordnet, wobei benachbarte Zwischensammler stets gegeneinander
versetzt sind. Auf diese Weise ist es möglich, durch das ganze Bündel hindurcll
eine ununterbrochene Rohrteilung beizubehalten. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel
handelt es sich um eine Dreiecksteilung, wie aus der Fig. 3 zu erkennen ist. Aus
dieser Figur geht auch hervor, daß sich die versetzt angeordneten Zwischensammler
15 im Grundriß überdecken, wodurch sich ein besonders kompakter Aufbau der Geradrohrbündel
3 ergibt. Durch die in die Zwischensammler 15 eingeschriebenen Zifferii I, II, III
ist angedeutet, in welcher Ebene jeder Zwischensammler 15 angeordnet ist. Es ist
klar ersichtlich, daß einander benachbarte Zwischensammler stets in verschiedenen
Horizontalebenen liegen.
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Die Fig. 4 zeigt eine andere Ausführungsform der Zwischenverteiler
14 und Zwischensammler 15 des in den Figuren 1 bis
3 dargestellten
Dampferzeugers. Es ist hier nur einer der Zwischensammler 15 gezeigt. Dieser besteht
aus zwei kugelig ausgebildeten Schalenteilen 23, 24, die durch eine Torusschale
25 miteinander verbunden sind. Die beiden Schalenteile 23, 24 weisen einen verschiedenen
Radius auf. Unterhalb des Zwischensammlers 15 ist ein Querschnitt durch die Einzelrohre
8 dargestellt, die hier ebenfalls in Dreiecksteilung angeordnet sind. Es sind sieben
Einzelrohre in einem Zwischensammler 15 zusammengefaßt, die an Stutzen 26 angeschweißt
sind. Das weiterführende Rohr 16 ist an dem Schalenteil 24 angeschweißt.
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In der Fig. 5 ist ein Zwischensammler 15 gezeigt, dessen oberer Schalenteil
27 von einer kugeligen Form in eine Form mit sechseckigem Querschnitt übergeht.
Der untere Schaleiiteil 28 weist durchgehend, also auch an der Anschlußstelle 29,
einen sechseckigen Querschnitt auf. Aus dem unterhalb des Zwischensammlers 15 dargestellten
Grundriß durch die Einzelrohre 8 ist zu erkennen, daß diese Rohre in Dreiecks teilung
angeordnet sind.
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Der in der Fig. 6 gezeigte Zwischensammler 15 ist für einen Dampferzeuger
gedacht, der eine quadratische Rohrteilung besitzt, wie aus dem dargestellten Querschnitt
unterhalb des Zwischensammlers 15 ersichtlich. Dieser Rohrteilung ist der Zwischensammler
15 angepaßt, dessen unterer Schalenteil 31 an der den Einzelrohren 8 zugewandten
Seite einen quadratischen Grundriß aufweist, der bis zu dem Anschluß 32 an den oberen,
halbkugelig ausgebildeten Schalenteil 30 in einen kreisförmigen Querschnitt übergeht.
Im Bereich des Anschlusses 32 ist der Zwischensammler 15 spangebend bearbeitet,
um seinen Durchmesser zu reduzieren und damit eine engere Bündelung zu erreichen.
Es sind vier Einzelrohre 8 in einem Zwischensammler 15 zusammengefaßt.
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In den Figuren 7 und 8 ist eine weitere Variante des Zwischensammlers
15 dargestellt. Hier ist der untere Schalenteil 33 wieder als Halbkugel ausgebildet,
in die sieben Einzelrohre 8 eingesetzt sind. Diese sind - wie die Fig. 8 zeigt -
in Dreiecksteilung angeordnet. Der obere Schalenteil besteht aus einer Kegelschale
34.
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Die Figuren 9, 10, 11 und 12 zeigen einen Ausschnitt aus einem Zwischenüberhitzer
in stehender Anordnung, bei dem das sekundäre Medium, also Wasser, auf der gleichen
Seite zu-und abgeführt wird. Die Zwischenverteiler 14 und Zwischensammler 15, die
aus zwei Halbkugelschalen 35, 36 zusammengesetzt sind, befinden sich daher auf ein
und derselben Seite des Zwischenüberhitzers, wenn auch auf verschiedenen horizontalen
Ebenen, wie im Zusammenhang mit der Fig. 12 noch näher erläutert wird.
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Auf der anderen Seite des Zwischenüberhitzers sind Umkehrsammler 37
vorgesehen, die jeweils aus zwei trogähnlichen Schalen 38, 39 zusammengeschweißt
sind und im Grundriß einen nebeneinander angeordneten Zwischenverteiler und Zwischensammler
überdecken. Die Unkehrsammler 37 sind ebenfalls auf verschiedenen horizontalen Ebenen
angeordnet, wie aus den Figuren 11 und 12 erkennbar.
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Die Geradrohrbündel 3 weisen eine quadratische Rohrteilung auf, und
dementsprechend gehen von jedem Zwischenverteiler 14 vier Einzelrohre 8 nach unten
aus, die in den entsprechenden Umkehrsammler 37 einmünden, und ebensoviele Rohre
8 treten aus diesem Umkehrsammler aus und führen zu dem zugehörigen Zwischensammler
15. Der Umkehrsammler 37 hat also die Stelle von U-förmig gebogenen Rohren eingenommen,
die üblicherweise die Verbindung zwischen den von der Eintrittsseite
kommenden
und zu der Austrittsseite führenden Rohrsträngen herstellen. Diese beiden Rohrstränge
werden in entgegengesetzter Richtung von dem sekundären Medium durchströmt. Da das
äußere Medium nur in einer Richtung (aufwärts oder abwärts) durch den Zwischenüberhitzer
geführt wird, stellt die Heizfläche des Zwischenüberhitzers ein Gemisch von Gleichstrom-
und Gegenstromelementen dar.
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An dem Boden jedes Umkehrsammlers 37 ist ein Stutzen 40 angebracht,
der mit einer (nicht gezeigten) Tragkonstr11ktion für den Zwischenüberhitzer verbunden
ist und für die Lastabtragung verwendet wird. Bei einem Zwischenüberhitzer in hängender
Anordnung, bei dem zudem die Umkehrsammler oben und die Zwischenverteiler und -sammler
unten angeordiiet sind, können an den Umkehrsammlern ebenfalls Stutzen angebracht
sein, die zur Aufhängung der Geradrohrbündel dienen.
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Die Figuren 11 und 12 zeigen das Zusammenfügen einer Vielzahl von
Umkehrsammlern 37 zu einer kompakten Struktur 41, das durch die Anordnung der Umkehrsammler
auf verschiedenen horizontalen Ebenen möglich ist. Dabei sind benachbarte Umkehrsammler
37 jeweils zueinander versetzt. Die horizontalen Ebenen sind hier mit I', II' und
III' bezeichnet.
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Die Zwischenverteiler 14 und Zwischensammler 15 sind ebenfalls versetzt
angeordnet, und zwar auf den horizontalen Ebenen I, II und III. Die Fig. 12 zeigt
auf der rechten Seite die Struktur 42, die von den Zwischenverteilern 14 und Zwischensammlern
15 gebildet wird. Wie durch gestrichelte Linien und Schraffuren angedeutet, sind
der auf der Ebene II befindliche Zwischensammler 15 und der auf der Ebene III befindliche
Zwischenverteiler 14 dem auf der Ebene I' liegenden Umkehrsammler 37 zugeordnet.
Zu dem auf der Ebene II' befindlichen Umkehrsammler 37 gehören der auf der Ebene
III
angeordnete Zwischensammler 14 und der auf der Ebene I liegende
Zwischenverteiler 15. In gleicher Weise erfolgt die Zuordnung der übrigen Zwischensammler
und -verteiler zu den Umkehrsammlern.